工业化进程的加快和突发性海洋溢油事故对全球淡水资源与海洋生态环境构成了巨大威胁。传统的水处理材料如活性炭、膨胀珍珠岩等，普遍存在吸附容量有限、回收困难、吸附选择性差等缺陷。近年来，具有高孔隙率、大比表面积以及表面可官能团化特点的气凝胶复合材料，在水污染治理和特种分离领域展现出了巨大的应用潜力。

在应对海洋石油泄漏和工业有机废水污染方面，超疏水-超亲油型气凝胶备受关注。通过在纤维素、石墨烯或二氧化硅气凝胶骨架表面接枝长链烷基硅烷或氟代烷基分子，可以赋予材料极高的水接触角（通常大于 150°）。当这种气凝胶接触油水混合物时，它能彻底排斥水分，同时在数秒钟内将相当于自身重量数十倍甚至数百倍的油类或有机溶剂迅速吸入其内部孔道中。更重要的是，通过机械压榨、溶剂洗脱或蒸馏等方式，吸附的油份可以被高效回收，而气凝胶本身经多次循环使用后仍能保持出色的吸附性能。

除了油水分离，气凝胶复合材料在重金属离子和微量有机污染物的深度净化方面也取得了突破。研究人员利用纤维素或脱木素木材等天然生物质制备三维气凝胶，并在其微孔表面交联大量的氨基、羧基或巯基等活性官能团。这些官能团能通过化学络合、离子交换或静电吸引等作用，极高效地俘获水体中的铅、铜、镉、水银等剧毒重金属离子，即使在 ppb 级的极低浓度下仍具有极高的清除效率。

更为前沿的应用是基于气凝胶的太阳能界面蒸发（Solar Interface Evaporation）技术。将具有高效光热转换能力（如碳纳米管、MXene）的气凝胶复合材料浮于海水或污水表面，材料底部的毛细孔道能够源源不断地向上输送水分，而顶层的光热材料则集中吸收太阳光并将局部水体迅速加热汽化。这种高效的“界面加热”模式极大地降低了能量散失，产水速率远高于传统太阳能蒸发器，为海水淡化和高盐工业废水的零排放处理（ZLD）开辟了全新的低能耗路径。